Новая идея о том, как внешняя оболочка Земли впервые разбилась на тектонические плиты

Активность твердой Земли, например, вулканов на Яве, землетрясений в Японии и т.д., хорошо понимается в контексте ~50-летней теории тектоники плит.

Эта теория утверждает, что внешняя оболочка Земли ("литосфера" Земли) разделена на плиты, которые движутся относительно друг друга, концентрируя большую часть активности вдоль границ между плитами. Поэтому может показаться удивительным, что научное сообщество не имеет твердого представления о том, как зародилась тектоника плит. В этом месяце был дан новый ответ доктором Александром Веббом из Отдела наук о Земле и планетах и лаборатории космических исследований Университета Гонконга в сотрудничестве с международной командой в статье, опубликованной в журнале Nature Communications. Вебб выступает в качестве автора-корреспондента этой новой работы.

Как и почему Земля перешла от расплавленного шара к тектонике плит? 

Доктор Вебб и его группа предложили, чтобы ранняя оболочка Земли нагрелась, что вызвало расширение, которое привело к образованию трещин. Эти трещины росли и сливались в глобальную сеть, разделяя раннюю оболочку Земли на плиты. Они проиллюстрировали эту идею с помощью серии численного моделирования, используя код механики разрушения, разработанный первым автором статьи, профессором Чунань Тангом из Даляньского технологического университета.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Каждое моделирование отслеживает напряжение и деформацию, испытываемые термически расширяющейся оболочкой. Обычно оболочки выдерживают около 1 км теплового расширения (радиус Земли ~6371 км), но дополнительное расширение приводит к началу трещинообразования и быстрому созданию глобальной сети разломов (рис. 1).

Рис 1. Моментальный снимок модели из новой работы, показывающий поздние стадии роста и слияния новой глобальной сети трещин. Разломы находятся в черном/теневом цвете, а цвета показывают напряжения (розовый цвет обозначает растягивающее напряжение, синий цвет - сжимающее напряжение).

Несмотря на то, что новая модель достаточно проста - ранние оболочки Земли разогреваются, расширяются и трескаются - эта модель похожа на давно дискутируемые идеи и контрастирует с основными физическими принципами науки о Земле. До тектонической революции плит 1960-х годов деятельность Земли и распределение океанов и континентов объяснялись различными гипотезами, в том числе и так называемой расширяющейся гипотезой Земли. Такие знаменитости, как Чарльз Дарвин, утверждали, что крупные землетрясения, горное строительство и распределение сухопутных масс являются результатом расширения Земли.

Однако, поскольку основным внутренним источником тепла Земли является радиоактивность, а непрерывный распад радиоактивных элементов означает меньшее количество доступного тепла по мере продвижения времени вперед, тепловое расширение можно считать гораздо менее вероятным, чем его противоположность: термическое сжатие. Почему же тогда доктор Вебб и его коллеги считают, что на ранних стадиях литосферы Земли происходило термическое расширение?

"Ответ заключается в рассмотрении основных механизмов потери тепла, которые могли произойти в ранние периоды Земли", - сказал д-р Вебб. "Если вулканическая адвекция, несущая горячий материал с глубины на поверхность, была основным способом ранних теплопотери, то это все меняет". Доминирование вулканизма оказало бы неожиданный охлаждающий эффект на внешнюю оболочку Земли, о чем свидетельствует более ранняя работа доктора Вебба и соавтора доктора Уильяма Мура (опубликована в журнале " Nature в 2013 году).

Это связано с тем, что новый горячий вулканический материал, взятый из глубин Земли, осаждался бы на поверхности в виде холодного материала - тепло терялось бы в космосе. Для того чтобы извлечь материал из глубин Земли и скопиться на поверхности, в конце концов, потребовалось бы, чтобы материал с поверхности опустился вниз, принеся холодный материал с собой вниз. Это непрерывное нисходящее движение холодного материала поверхности оказало бы охлаждающее воздействие на раннюю литосферу. Поскольку Земля в целом охлаждалась, производство тепла и соответствующий вулканизм замедлились бы.

Соответственно, движение литосферы вниз со временем замедлилось бы, и поэтому даже по мере того, как общая планета охлаждается, охлажденная литосфера все больше нагревалась бы за счет проводимости из горячего материала, находящегося глубоко под землей. Это потепление было бы источником теплового расширения, вызванного в новой модели. Новая модель показывает, что если бы твердая литосфера Земли была достаточно термически расширена, то она разорвалась бы, а быстрый рост сети разломов разделил бы литосферу Земли на плиты.

Доктор Вебб и его коллеги продолжают изучать раннее развитие нашей планеты, а также других планет и лун в Солнечной системе, проводя комплексные полевые, аналитические и теоретические исследования. Исследования на местах привели их на дальние расстояния в Австралию, Гренландию и Южную Африку; аналитические исследования показали химию древних пород и их минеральных компонентов; теоретические исследования имитировали различные предложенные геодинамические процессы. Вместе эти исследования разгадывают одну из величайших загадок планетарной науки: Как и почему Земля перешла от расплавленного шара к тектонике плит? опубликовано econet.ru по материалам uk.motor1.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet